チュートリアル

Quantum ESPRESSO
表面再構成
V11.6.4
2024年3月15日

株式会社クロスアビリティ

Copyright 2008-2024 X-Ability Co., Ltd.

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本書について•本書はWinmostar V11の使用例を示すチュートリアルです。

•初めてWinmostar V11をお使いになる方はビギナーズマニュアルを参照してください。

•各機能の詳細を調べたい方はユーザマニュアルを参照してください。

•

本書の内容の実習を希望される方は、講習会を受講ください。
– Winmostar導入講習会：基礎編チュートリアルの操作方法のみ紹介します。
– Winmostar基礎講習会：理論的な背景、結果の解釈の解説、基礎編チュートリアルの操作方法、基礎編以外のチュートリアルの一部の操作方法を紹介します。
– 個別講習会：ご希望に応じて講習内容を自由にカスタマイズして頂けます。

•

本書の内容通りに操作が進まない場合は、まずよくある質問を参照してください。

•

よくある質問で解決しない場合は、情報の蓄積・管理のため、お問合せフォームに、不具合の再現方法とその時に生成されたファイルを添付しご連絡ください。

•本書の著作権は株式会社クロスアビリティが有します。株式会社クロスアビリティの許諾な
く、いかなる形態での内容のコピー、複製を禁じます。
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概要
•

本書ではSi (0 0 1)面の構造最適化計算を実施し、表面再構成の様子を確認します。

•Si (0 0 1)の再構成された表面状態として様々な状態が知られており、本チュートリアルではその中でも非対称ダイマーのp(2×2)構造を取得します。

•

予想される原子位置の変化が大きいので効率よく処理するために低精度→高精度、と段階的に計算します。

注意点：•

計算条件によっては、構造最適化計算の結果異なる表面構造に収束する場合もあります。

•

k点の取り方、擬ポテンシャルの種類、カットオフエネルギーは計算結果に影響を与えます。
本チュートリアルではすぐに結果を取得できるよう、精度を落とした設定を用います。

•Quantum ESPRESSOの計算方法及び計算設定内容の詳しい説明は、次の弊社記事をご覧ください。https://qiita.com/xa_member
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動作環境設定•

Winmostar V11.5.0以降を利用しかつ64bit環境をご利用の方は、CygwinWM 2023/04/05バージョン以降をインストール、環境設定してください。
–•

2023/04/05バージョン以降のCygwinWMには推奨バージョンの64bit版Quantum ESPRESSOが同梱されています。

上記に該当しない場合、または推奨バージョン以外のQuantumESPRESSOを利用したい方は、別途Windows版Quantum ESPRESSOのインストールと環境設定が必要です。

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Winmostar V11の動作モード
V11にはプロジェクトモードとファイルモードの2つの動作モードが用意されています。
本書ではプロジェクトモードでの操作方法を解説します。

プロジェクトモード V11新機能
ユーザは個々のファイルを意識することなくジョブを管理できます。
基本的にこのモードを推奨します。
ファイルモード
ユーザは個々のファイルを明示的に作成、管理します。操作方法はV10以前と一緒です。

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I. 系のモデリング（バルク結晶）•

基本的な操作方法はQE基礎編チュートリアルを参照してください。

•初期構造の作成方法の詳細はWinmostarユーザマニュアル 5.初期構造の作成方法を参照してください。

1. Winmostarを起動し、新規プロジェクト（3次元構造を入力）をクリックします。（すでに起動している場合は先にファイル｜閉じるをクリックします。）
2. プロジェクト名に「si_surf」と入力し保存をクリックします。
3. ファイル｜インポート｜Samplesファイル｜si.cifをクリックします。
–

任意のファイルを読み込む場合はこの段階で代わりにファイル｜ファイルをインポートを使います。

4. ファイルをインポートダイアログで破棄して読み込みをクリックします。

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II. 計算の実行（バルク結晶）
1. ツールバーのソルバからQuantum ESPRESSOを選択し(ワークフロー設定) をクリックします。プリミティブセルに変換するか聞かれたらはいをクリックします。
2. Presetを「Optimize(Atom&Cell)」に変更し、Pseudo fileを「pbe-n-van.upf」に変更します。
3. OKをクリックし、ジョブの設定ウィンドウで適宜設定した後実行をクリックします。

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III.系のモデリング（スラブ）
1. work1_QE_Relaxの状態がENDに変化したらアクションでCoordinate (Final)をクリックします。
2. 固体｜格子を変換をクリックし、「…編集を続行しますか？」と表示されたらはいをクリックします。「…コンベンショナルセルに変換しますか？」と表示されたらはいをクリックします。
3. 固体｜スラブを作成をクリックし、Minimum slab sizeのIn number of hkl planesの値を「3」、Supercellのa-axisとb-axisをどちらも「2」に変更し(1) Generate Slabをクリックします。
4. Vacuumを「5」に変更し(2) OKをクリックします。

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III.系のモデリング（スラブ）1.

X軸方向から表示をクリックしてからウィンドウに合わせるをクリックします。

2. 下図（左）のように上3原子層をCtrl+ドラッグで矩形選択し、Deleteをクリックします。
3. 下図（中央）のように下1原子層をCtrl+ドラッグで矩形選択し、Deleteをクリックします。

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原子を削除をクリックし、原子を削除をクリックし、

9III.系のモデリング（スラブ）1. 下図（左）のように下5原子層をCtrl+ドラッグで矩形選択し、固定/固定解除をクリックしFixをクリックします。

グループ編集｜グループを

2. 選択｜グループ選択を解除をクリックします。

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III.系のモデリング（スラブ）1. 分子表示エリアでドラッグし、下図（左）のように上の最表面の4原子がすべて見える位置にカメラを動かします。
2. 下図（左）のように上の最表面のうち1つの原子をCtrl+クリックし、グループ編集｜グループを並進移動（数値を指定）をクリックし、Yの値を「0.5」に変更しOKをクリックします。
3. 選択｜グループ選択を解除をクリックします。
4. 下図（右）のように2で選んだ原子に対し対角線上の原子をCtrl+クリックし、グループ編
集｜グループを並進移動（数値を指定）をクリックし、Yの値を「-0.5」に変更しOKをクリックします。

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IV.計算の実行（スラブ、低精度）
1.

(ワークフロー設定) をクリックし「継続ジョブを実行しますか？」と表示されたらいいえをクリックします。

2. Presetを「Optimize(Atom)」に変更し、Precisionを「Extra-Low」に変更し、Metalにチェックを入れます。
–

バンドギャップに出現する表面準位がSCFの収束性を悪くするのでMetalにしてsmearingを適用します

3. OKをクリックし、ジョブの設定ウィンドウで適宜設定した後実行をクリックします。

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IV.計算の実行（スラブ、高精度）
1. work2_QE_Relaxの状態がENDに変化したら(ワークフロー設定) をクリックし「継続ジョブを実行しますか？」と表示されたらはいをクリックします。
2. 「ジョブの継続元の作業フォルダを選択」でwork2_QE_Relaxを選択しOKをクリックします。
3. Precisionを「Medium」に変更しOKをクリックし、ジョブの設定ウィンドウで適宜設定した後実行をクリックします。

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V. 結果解析
1. work3_QE_Relaxの状態がENDに変化したらアクションのCoordinate (Final)をクリックします。
2.

三面図を表示をクリックします。分子表示エリアでShift+ドラッグし、適宜表示範囲を調整します。三面図を取り消すときは再度三面図を表示をクリックします。

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最後に•

各機能の詳細を調べたい方はユーザマニュアルを参照してください。

ユーザマニュアル

Winmostar 講習会の風景•

本書の内容の実習を希望される方は 、Winmostar導入講習会、Winmostar基礎講習会 、または個別講習会の受講をご検討ください。（詳細はP.2）•

本書の内容通りに操作が進まない場合は、まずよくある質問を参照してください。

•

よくある質問で解決しない場合は、情報の蓄積・管理のため、お問合せフォームに、不具合の再現方法とその時に生成されたファイルを添付しご連絡ください。
以上
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